Functional analysis of the cortical microcircuit in CNTNAP2 knock-out mouse.
Publicly Offered Research
| Project Area | Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders |
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| Project/Area Number |
21H00217
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
窪田 芳之 生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 准教授 (90192567)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 大脳皮質 / 運動学習 / 神経回路 / リモデリング / 光顕-電顕相関法 / 記憶 / 可塑性 / 視床 / 自閉症 / 棘突起 / CNTNAP2 / 神経回路リモデリング / 生体脳観察 / 神経回路再編成 / 生体観察 / 電子顕微鏡 / ２光子顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
自閉症患者は、大脳皮質にある棘突起の形態異常が古くから報告されており、シナプスを介する信号伝達に異常が起きていると考えられている。自閉症の原因遺伝子の一つとして注目されるCNTNAP2をノックアウトしたマウスを用いて、その病的神経回路の機能的神経回路結合特性を解析する。Wildタイプマウスで観察したM1の皮質入力と視床入力の構成比や、運動学習にともない生じる局所神経回路の再編成が、CNTNAP2ノックアウトマウスでも同様に起きるのか検討を進め、自閉症の病的神経回路の異常を機能的側面から議論したい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
自閉症患者は、大脳皮質にある棘突起の形態異常が報告されており、シナプスを介する信号伝達に異常が起きていると考えられている。近年の遺伝学的研究により、自閉症患者にはシナプス結合に関わる遺伝子にゲノム変異があることが報告されている。本申請研究課題において、自閉症の原因遺伝子の一つとして注目されるCNTNAP2をノックアウトしたマウスを用いて、その病的神経回路の機能的神経回路結合特性を解析する。2光子顕微鏡観察使った生体脳観察法で、wildタイプマウスに、前肢を使ったタネつかみ運動学習課題に伴う大脳皮質一次運動野（M1）の前肢領域での棘突起の動態を、学習前、学習初期、学習後期で解析したところ、運動学習にともなった局所神経回路の再編成を認めた。本年度は、化学遺伝学的手法で、大脳皮質二次運動野（M2）からM1へ投射する興奮性経路の活動を抑制し、それが学習にどのような影響を及ぼすかを検討した。また同様の検討を視床運動核からM1へ投射する興奮性経路においても検討した。その結果、学習初期（1日目-4日目）にはM2からの興奮性入力の増大が必要であること、学習後期（5日目-8日目）には、それらのM2からの興奮性入力の大半がなくなる代わりに、視床からの興奮性入力の信号増強が生じ、学習した運動の自動化に寄与していることがわかった。
本年度は、これを高領域電顕で検討するため、高速電顕画像撮影装置Blade-TEM用の切片作成装置ATUMtomeの改造を実施した。Blade-TEMの使用条件検討を行い、Blade-TEM装置の本格撮影運転を実施し、2.3 nm/pixelの解像度で、1.1mm x 1.6 mmの画像（約500 TB）の撮影を連続切片約1200枚で実施し、large volume EMデータ（vEM）獲得に成功した。今後は、vEMの画像処理技術の開発をすすめる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Deep learning-based point-scanning super-resolution imaging2021
Author(s)
Fang L, Monroe F, Novak SW, Kirk L, Schiavon CR, Yu SB, Zhang T, Wu M, Kastner K, Latif AA, Lin Z, Shaw A, Kubota Y, Mendenhall J, Zhang Z, Pekkurnaz G, Harris K, Howard J, Manor U
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Journal Title
Nature Methods
Volume: 18
Issue: 4
Pages: 406-416
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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